高层建筑燃气灶前超压现象的探讨

蒋 瑜

(济南港华万通燃气工程设计有限公司，山东 济南 250013)

城镇燃气调压器是燃气输配系统的一个重要组成部分，它主要解决输送管道之间的压力级别不同；满足不同用户的压力需求；保证调压后燃气的压力稳定。本文重点分析居民用气调压器出口压力设定。现如今，城市建设中居民建筑以高层为主。对于高层天然气管道设计，楼层越高，燃气立管也会越长。由于燃气的密度和空气的密度存在一定的差异，燃气立管中会产生附加压头，抵消一部分管道损失，调压器出口压力根据压损、附加压头进行推算。夜间无用气时，由于调压器自身性能的原因，存在关闭压力，调压器出口压力偏大，再加上附加压头，高层住户的燃气压力有可能会超出燃具压力范围，引起脱火，不完全燃烧，不仅会影响燃供气安全，还会影响燃具的使用效果和寿命；如果调压器出口压力低，则无法满足居民用户需求。所以，合理的燃气调压器出口压力是保证城镇燃气供应安全、高效的关键。

1 高层建筑用气存在的问题

城镇燃气调压器是燃气输配系统的一个重要组成部分，主要针对输送管道之间的压力级别不同，满足不同的用气压力需求，保证调压后燃气的压力稳定。本文选取了十个高层楼栋调压器，均以33层楼计算，分别记录了下午16:00～22:00期间调压器出口压力变化值，如图1、图2、图3、图4所示。并分别计算了不同阶段的灶前压力数据，如表1、表2所示。

图1 JGXY调压器出口压力变化曲线

图2 GXXQ调压器出口压力变化曲线

通过调研发现，目前济南市高层建筑民用户用气情况主要有如下问题：

(1)高层建筑正常灶前压力在1500～3000Pa之间，灶前最大压力出现在夜间只有顶层一户用气时，最大压力出现在顶层灶前压力。现状调查的10个调压器，室内压损和庭院压损按照国标推荐值计算，其中 80%均出现灶前超压现象。

(2)当居民用气调压器出口压力P，为2600 Pa时，在夜间低峰时段，仅有顶层居民用气时，其户内燃具供气压力将从33层开始超压；当居民用气调压设施出口压力P为2 800 Pa时，在夜间低峰时段，仅有某户居民用气时，其户内燃具供气压力将从第22层开始超标；当居民用气调压设施出口压力P为3000Pa时，在夜间低峰时段，仅有某户居民用气时，其户内燃具供气压力将从第13层开始超压。

图3 DJFD调压器出口压力变化曲线

图4 CS调压器出口压力变化曲线

调压器型号调压器出口压力/Pa灶前压力/PaCS2300～27502750～3150CSHENG1900～30502350～3500CTHY2320～26202670～2975DJFD2090～28502540～3100DL12290～30002740～3450DLZ2180～29302630～3380GXXQ2280～30002730～3450JGXY2200～29002650～3350YUHL2285～26102735～2980

表2 夜间低峰时段单独用户用气时的灶前供气压力

2 高层建筑灶前超压情况的原因分析及采取的措施

2.1 附加压力

2.1 .1 附加压力的影响

对于高层建筑，由于燃气密度低于空气密度，燃气立管中存在一个向上的拉力，即为附加压力，附加压力与楼层高度成正比，楼层越高，附加压力越大，附加压力的存在可以消除一部分压损，影响调压器出口压力值。影响调压器出口压力的关键因素是附加压力，对于高层建筑的燃气设计，楼层越高，燃气立管也会越长，附加压头越大，高层附加压力值如表3所示。

设调压器出口压力为Pc，入户表前压力Pb。根据《城镇燃气设计规范》GB/50028-2006的规定，燃气灶具前的实际压力允许波动范围为0.75Pn～1.5Pn，民用灶具额定压力Pn=2000Pa，燃气表前压力在1650～3150Pa范围内波动，就能够满足用户需求。

设定调压器出口压力为定值，附表1为小区域调压时各层的灶前压力，由表看出灶前最大压力出现在夜间只有顶层一户用气时，最大压力出现在顶层灶前压力。

燃气的附加压力计算公式：

△p=g(ρa-ρg)△H

(1)

式中：

△p——附加压头/Pa；

g——重力加速度；

ρa——空气的密度，(kg/Nm3)；

ρg——燃气的密度，(kg/Nm3)；

△H——管段终端和始端的标高差，m。

由式(1)得33层楼附加压头为450Pa，故灶前最大压力出现在只有顶层一户用气时，顶层灶前出现最大压力，可能出现超压情况。

表3 高层天然气附加压力值

2.1.2 应对措施

为了减少附加压头对调压器出口压力的影响，在由原来的DN50变为DN40，通过计算，DN40可满足各楼层的用气要求，并且在满足基本的流量的基础上，通过减小管径，增大沿程压损，来减小附加压头对调压器出口压力和灶前压力的影响，减少超压情况的发生。

2.2 调压器自身性能的影响

2.2.1 调压器自身性能参数的影响

理想的调压器在流量从零到调压器通过能力的范围内均能保持出口压力为常值。但调压器的实际特性与理想特性相比差距甚大。由于调压器本身的结构设计特性，调压器的参数对调压器出口压力具有重要影响，其中包括：稳压精度、关闭压力、调压器节流效应等影响因素。

2.2.1.1 精度

调压器结构的薄膜和弹簧效应，调压器出口压力实际值与设定压力间存在一定的波动。对于不同类型的调压器其稳压精度是不同的，不同调压器稳压精度等级参照《城镇燃气调压器》(GB 27790-2011)。稳压精度等级AC值越大，最大允许相对正、负偏差越大，对调压器出口压力影响越大。

2.2.1.2 闭压力等级

夜间无用气时，调压器出口压力会骤然升高，在关闭时，出口压力会继续升高，直至有足够的力使阀座紧密关闭。对于不同类型的调压器其关闭压力等级是不同的，关闭压力等级越高，最大允许相对增量越大。不同调压器稳压精度等级参照《城镇燃气调压器》(GB 27790-2011)。

2.2.2 应对措施

目前，两种常用的燃气调压器型号，根据关闭压力等级，通过计算得出合适的调压器出口压力范围。

由式1-1得33层楼附加压头为450.87Pa，此时表前压力为3150Pa，

Pc+450.87Pa≤3150Pa

(2)

由式1-2得 Pc≤2699.13 Pa。

②灶前最小压力

设定调压器出口压力，对于高层建筑，用气高峰期时灶前压力最小压力出现在顶层灶前。管道实际压损-273.82 Pa，调压器出口压力：

Pc-273.82Pa≥1650Pa

(3)

由式1-3得Pc≥1923.82 Pa。

当楼层户数较少，调压器在楼前，调压器出口压力范围：1923.82 Pa≤ ≤2699.13 Pa。

选定两种调压器：一种是飞奥燃气调压器，稳压精度等级AC为5%，关闭压力等级SG为10%，根据稳压精度和关闭压力的计算式推算出实际调压器的出口压力范围：

1923.82 /(1-0.05)Pa≤Pc≤2699.13/(1+0.05) Pa。

2025.07Pa≤Pc≤2570.60Pa。

关闭压力等级SG10则最大允许相对增量10%，则在不超过楼前允许的最大压力情况下： 2450.15 Pa。

综上：楼前调压器出口压力范围为2025.07Pa≤Pc≤2450.15Pa。

另一种是国产调压器，稳压精度等级AC为10%，关闭压力等级SG为20%，设定出口压力：2137.5～2969.15Pa。

3 结论及建议

针对高层超压情况，针对不同的原因主要采取的措施：

(1)降低附加压头的影响。通过减小立管管径，由原来的DN50改为DN40，增大沿程压损，减少了高层的附加压头对灶前压力的影响。

(2)推荐两种调压器型号，稳压精度和关闭压力等级达到一定要求，并且计算合适出口压范围作为推荐值。一种是飞奥燃气调压器，稳压精度等级AC为5%，关闭压力等级SG为10%，设定出口压力：2025.07～2450.15Pa。另一种是国产调压器，稳压精度等级AC为10%，关闭压力等级SG为20%，设定出口压力：2137.5～3238.96Pa。为现场调压器的压力设定，提供一定的参考，尽量避免灶前超压情况的发生。

(3)在现场实际中调压器还受地势差、温度、调压器反应时间等因素的影响，故实际作业中调压器出口压力的计算较为复杂，所以在针对每栋楼的燃气设计过程中，针对不同的楼层、地域需进行水力计算，以缩小燃气调压器出口压力设定范围，以此减少调压器自身性能对灶前超压的影响。